DE102018218445A1 - Method for operating an electronic energy converter device and electronic energy converter device - Google Patents

Method for operating an electronic energy converter device and electronic energy converter device Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung (1), welche an einem Eingang an ein elektronisches System (10) angeschlossen ist, umfassend die Schritte: Ermitteln (S1) eines Sollwertes (Sol) für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) durch eine Steuereinrichtung (SE), wobei der Sollwert (Sol) einem Grundsignal des elektronischen Systems (10) entspricht; - Erzeugen (S2) eines ersten Modulationssignals (M1) für einen Strom oder für eine Spannung durch die Steuereinrichtung (SE), welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen (P1) mit einer ersten Pulsdauer (Pt1) umfasst; und Ansteuern (S3a) von zumindest einer Schaltereinrichtung (3) in der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) mit dem ersten Modulationssignal (M1) durch die Steuereinrichtung (SE) in einem ersten Ansteuermodus (Ans1) derart, dass zumindest ein Puls (P1) an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol) beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer (Pt1) kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist, oder Ansteuern (S3b) von zumindest einer Schaltereinrichtung (3) in der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) mit dem ersten Modulationssignal (M1) durch die Steuereinrichtung (SE) in einem zweiten Ansteuermodus (Ans2) derart, dass zumindest ein Puls (P1) zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol), wenn die erste Pulsdauer (Pt1) größer der Dauer des Vergleichspulses ist.The invention relates to a method for operating an electronic energy converter device (1) which is connected at one input to an electronic system (10), comprising the steps of: determining (S1) a setpoint value (Sol) for a current and / or voltage curve (Sol-I, Sol-U) at the input of the electronic energy converter device (1) by a control device (SE), the setpoint value (Sol) corresponding to a basic signal of the electronic system (10); - Generating (S2) a first modulation signal (M1) for a current or for a voltage by the control device (SE), which comprises a first time sequence of pulses (P1) with a first pulse duration (Pt1); and controlling (S3a) at least one switch device (3) in the electronic energy converter device (1) with the first modulation signal (M1) by the control device (SE) in a first control mode (Ans1) such that at least one pulse (P1) on one local minimum of an absolute value of the setpoint (Sol) begins or ends when the first pulse duration (Pt1) is less than or equal to a duration of a comparison pulse, or actuation (S3b) of at least one switch device (3) in the electronic energy converter device (1) with the first modulation signal (M1) by the control device (SE) in a second control mode (Ans2) such that at least one pulse (P1) is time-centered at a local maximum of an absolute value of the target value (Sol) when the first pulse duration (Pt1) is greater the duration of the comparison pulse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung und eine elektronische Energiewandlereinrichtung.The present invention relates to a method for operating an electronic energy converter device and an electronic energy converter device.

Stand der TechnikState of the art

Bei Ansteuerungsmethoden von Energiewandlern, insbesondere von resonanten Energiewandlern treten üblicherweise Schaltverluste auf, welche näherungsweise linear mit Strom- oder Spannungsänderungen am Schalter des Energiewandlers sind, welche durch den Schaltvorgang entstehen. Bei unterschiedlich langen Signalverläufen, beispielsweise von periodischen Signalen, können unterschiedliche Grade von Aussteuerungen durch entsprechend lange und unterschiedlich lange Pulslängen des Ansteuersignals an den Schalter erzielt werden, wobei die Aussteuerung ein Maß für die Länge des Ansteuersignals relativ zum Signalverlauf ist.With control methods of energy converters, in particular resonant energy converters, switching losses usually occur, which are approximately linear with current or voltage changes at the switch of the energy converter, which result from the switching process. In the case of signal paths of different lengths, for example periodic signals, different degrees of modulation can be achieved by correspondingly long and differently long pulse lengths of the control signal at the switch, the modulation being a measure of the length of the control signal relative to the signal profile.

In der DE 10 2014 218 798 A1 wird ein Inverter für elektrische Maschinen beschrieben, welcher als Spannungswandler ein Schaltwerk aufweist. Eine Steuereinheit ist ausgeführt das Schaltwerk derart anzusteuern, dass in einem bestimmten Winkelbereich der Wechselspannung keine Schaltvorgänge erfolgen, wobei Verluste durch Schaltvorgänge reduziert werden können.In the DE 10 2014 218 798 A1 describes an inverter for electrical machines, which has a switching mechanism as a voltage converter. A control unit is designed to control the switching mechanism in such a way that no switching operations take place in a certain angular range of the AC voltage, losses due to switching operations being able to be reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 1 und eine elektronische Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 11.The present invention provides a method for operating an electronic energy converter device according to claim 1 and an electronic energy converter device according to claim 11.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung sowie eine entsprechende elektronische Energiewandlereinrichtung anzugeben, bei welcher ein verlustarmes Schalten von Schaltereinrichtungen während eines Strom-oder Spannungssignals an einem elektronischen System erfolgen kann.The idea on which the present invention is based consists in specifying a method for operating an electronic energy converter device and a corresponding electronic energy converter device in which switching devices can be switched with little loss during a current or voltage signal on an electronic system.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung, welche an einem Eingang an ein elektronisches System angeschlossen ist ein Ermitteln eines Sollwertes für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung durch eine Steuereinrichtung, wobei der Sollwert einem Grundsignal des elektronischen Systems entspricht; ein Erzeugen eines ersten Modulationssignals für einen Strom oder für eine Spannung durch die Steuereinrichtung, welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen mit einer ersten Pulsdauer umfasst; und ein Ansteuern von zumindest einer Schaltereinrichtung in der elektronischen Energiewandlereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal durch die Steuereinrichtung in einem ersten Ansteuermodus derart, dass zumindest ein Puls an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist, oder ein Ansteuern von zumindest einer Schaltereinrichtung in der elektronischen Energiewandlereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal durch die Steuereinrichtung in einem zweiten Ansteuermodus derart, dass zumindest ein Puls zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes, wenn die erste Pulsdauer größer der Dauer des Vergleichspulses ist.According to the invention, in the method for operating an electronic energy converter device which is connected to an input of an electronic system, a setpoint for a current and / or voltage curve at the input of the electronic energy converter device is determined by a control device, the setpoint being a basic signal of the electronic system corresponds; generating a first modulation signal for a current or for a voltage by the control device, which comprises a first time sequence of pulses with a first pulse duration; and a control of at least one switch device in the electronic energy converter device with the first modulation signal by the control device in a first control mode such that at least one pulse begins or ends at a local minimum of an absolute value of the target value if the first pulse duration is less than or equal to a duration of one Comparison pulse, or a control of at least one switch device in the electronic energy converter device with the first modulation signal by the control device in a second control mode such that at least one pulse is time-centered at a local maximum of an absolute value of the setpoint value if the first pulse duration is greater than the duration of the comparison pulse.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Sollwert aus einem am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung gemessenen Istwert von der Steuereinrichtung ermittelt, wobei Signalkomponenten von Oberwellen und/oder Rückkopplungen aus dem Istwert herausgefiltert werden.According to a preferred embodiment of the method, the setpoint value is determined by the control device from an actual value measured at the input of the electronic energy converter device, signal components of harmonics and / or feedback being filtered out of the actual value.

Beim Ansteuern von Schaltereinrichtungen, oder zumindest einer Schaltereinrichtung, kann vorteilhaft ein sogenannter phase shifted full bridge mode angewandt werden. Das elektronische System kann eine Schaltung mit einem typischen Signalverlauf umfassen, beispielsweise einen Schwingkreis mit einem bestimmten Resonanzverhalten. Das Grundsignal kann einer Grundwelle oder einem unüberlagerten Signal (Strom- oder Spannungsverlauf) an den Komponenten des Systems entsprechen, beispielsweise einer Grundschwingung eines Schwingkreises. Dies kann vorteilhaft dem Sollwert entsprechen, welcher von der Steuereinrichtung zu ermitteln ist um die Schaltvorgänge an diesem Signal orientieren zu können. Meist kann jedoch das Grundsignal von Oberwellen oder Signalen aus Rückkopplungen intern im System überlagert sein, woraus insgesamt ein Istwert des Strom- und/oder Spannungsverlaufs im System resultieren kann. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, durch beispielsweise Filterverfahren das Grundsignal des Systems, also den Sollwert, aus dem Istwert heraus zu filtern.When driving switch devices, or at least one switch device, a so-called phase-shifted full bridge mode can advantageously be used. The electronic system can comprise a circuit with a typical signal curve, for example an oscillating circuit with a specific resonance behavior. The basic signal can correspond to a basic wave or a non-superimposed signal (current or voltage curve) on the components of the system, for example a basic oscillation of an oscillating circuit. This can advantageously correspond to the target value, which is to be determined by the control device in order to be able to orient the switching operations on this signal. In most cases, however, the basic signal of harmonics or signals from feedback can be superimposed internally in the system, from which an actual value of the current and / or voltage profile in the system can result. In this case, it may be advantageous to filter the basic signal of the system, that is to say the setpoint, from the actual value, for example by filtering methods.

Das erste Modulationssignal, insbesondere die Zahl und Abfolge von ersten Pulsen, kann vorteilhaft periodisch sein.The first modulation signal, in particular the number and sequence of first pulses, can advantageously be periodic.

Durch den ersten Ansteuermodus kann ein Schalten möglichst nahe an einem Nulldurchgang oder Minimum des Signals (Sollwert) am Eingang erfolgen, wodurch der Schaltverlust am Schalter geringer sein kann als bei eine Schaltvorgang in weiterer zeitlicher Entfernung von einem Minimum oder Nulldurchgang. Dies kann vorteilhaft geringe Schaltverluste in dem Fall erzeugen, wenn die einzelnen Pulse derart kurz sind, dass die zweite Flanke des Pulses (Signalabfall) zeitlich noch ausreichend nahe am Minimum oder Nulldurchgang ist, so dass auch dieser Schaltvorgang auch noch einen geringen Schaltungsverlust erzeugen kann im Vergleich zu einem Schaltvorgang bei einem lokalen oder globalen Maximum des Signals am Eingang. Der zweite Ansteuermodus kann bezüglich der Schaltverluste jedoch dann vorteilhafter sein als der erste Ansteuermodus, wenn der um das Maximum zentrierte Puls derart lang ist, dass die Signalflanken des Pulses zum Schalten jeweils so weit weg sind vom Maximum, dass das Signal am Eingang dann wieder einen relativ kleinen absoluten Wert annimmt und die dann auftretenden Schaltverluste an beiden Flanken geringer sein können als bei Schaltvorgängen näher am Maximum des Signals. Das Maß dafür, ab welcher Pulsdauer eines oder mehrerer Pulse des Modulationssignals sich der erste oder zweite Ansteuermodus besser eignet um Schaltverluste zu verringern ist, die Dauer des Vergleichspulses. Es kann hierbei auch ein Zwischenbereich für die Dauer des Vergleichspulses bestehen, innerhalb dessen sowohl der erste als auch der zweite Ansteuermodus im Wesentlichen gleiche Schaltverluste erzeugen können und die Wandlereinrichtung ohne signifikante Nachteile im ersten oder zweiten Ansteuermodus betrieben werden kann. Unterhalb dieses Zwischenbereichs kann jedoch der erste Ansteuermodus die Verluste deutlich verringern und oberhalb der zweite Ansteuermodus.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Sollwert für den Strom- und/oder Spannungsverlauf periodisch.The first control mode enables switching to be as close as possible to a zero crossing or minimum of the signal (setpoint) at the input, which means that the switching loss at the switch can be less than in the case of a switching process at a further distance from a minimum or zero crossing. This can advantageously generate low switching losses if the individual pulses are so short that the second edge of the pulse (signal drop) is still sufficiently close to the minimum or zero crossing in time, so that this switching process can also generate a small switching loss Comparison to a switching process at a local or global maximum of the signal at the input. Regarding the switching losses, however, the second control mode can be more advantageous than the first control mode if the pulse centered around the maximum is so long that the signal edges of the pulse for switching are each so far away from the maximum that the signal at the input then unites again assumes a relatively small absolute value and the switching losses then occurring on both edges can be lower than in switching operations closer to the maximum of the signal. The measure of the pulse duration of one or more pulses of the modulation signal from which the first or second control mode is better suited to reduce switching losses, the duration of the comparison pulse. There can also be an intermediate range for the duration of the comparison pulse, within which both the first and the second control mode can generate essentially the same switching losses and the converter device can be operated in the first or second control mode without significant disadvantages. Below this intermediate range, however, the first control mode can significantly reduce the losses and above the second control mode.
According to a preferred embodiment of the method, the setpoint for the current and / or voltage curve is periodic.

Der Sollwert kann beispielsweise einen Schwingungsverlauf an einem Schwingkreis, etwa in Resonanz, darstellen.The setpoint value can represent, for example, an oscillation course on a resonant circuit, for example in resonance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein zweites Modulationssignal in der Steuereinrichtung erzeugt, welches eine zweite zeitliche Abfolge von Pulsen mit einer zweiten Pulsdauer umfasst, und wobei die zumindest eine Schaltereinrichtung alternierend oder gemischt mit dem ersten Modulationssignal und mit dem zweiten Modulationssignal im ersten oder zweiten Ansteuermodus angesteuert wird, wobei im ersten Ansteuermodus zumindest ein Puls an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes beginnt oder endet, wenn die zweite Pulsdauer kleiner oder gleich der Dauer des Vergleichspulses ist, oder im zweiten Ansteuermodus zumindest ein Puls zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes, wenn die zweite Pulsdauer größer der Dauer des Vergleichspulses ist.According to a preferred embodiment of the method, a second modulation signal is generated in the control device, which comprises a second chronological sequence of pulses with a second pulse duration, and the at least one switch device alternating or mixed with the first modulation signal and with the second modulation signal in the first or second Control mode is controlled, wherein in the first control mode at least one pulse begins or ends at a local minimum of an absolute value of the target value if the second pulse duration is less than or equal to the duration of the comparison pulse, or in the second control mode at least one pulse is temporally centered at a local maximum an absolute value of the target value if the second pulse duration is greater than the duration of the comparison pulse.

Die Pulse des zweiten Modulationssignals können als Sequenz nach einer Sequenz von Pulsen des ersten Modulationssignals erfolgen oder einzeln oder als Gruppe innerhalb einer Sequenz von ersten Pulsen oder zwischen einzelnen ersten Pulsen einzeln oder als Gruppe von zweiten Pulsen erfolgen.The pulses of the second modulation signal can take place as a sequence after a sequence of pulses of the first modulation signal or individually or as a group within a sequence of first pulses or between individual first pulses individually or as a group of second pulses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens entspricht die Dauer des Vergleichspulses einem Drittel, der Hälfte oder zwei Dritteln einer Dauer des Sollwertes für den Strom- und/oder Spannungsverlauf oder einer Periode des Sollwertes für den Strom- und/oder Spannungsverlauf.According to a preferred embodiment of the method, the duration of the comparison pulse corresponds to one third, half or two thirds of a duration of the target value for the current and / or voltage profile or a period of the target value for the current and / or voltage profile.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Ansteuermodus beibehalten, bis bei steigender erster oder zweiter Pulsdauer die Dauer des Vergleichspulses überschritten wird.According to a preferred embodiment of the method, the first control mode is maintained until the duration of the comparison pulse is exceeded when the first or second pulse duration increases.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Ansteuermodus beibehalten, bis bei sinkender erster oder zweiter Pulsdauer die Dauer des Vergleichspulses erreicht oder unterschritten wird.According to a preferred embodiment of the method, the second control mode is maintained until the duration of the comparison pulse is reached or fallen below when the first or second pulse duration decreases.

Für einen bereits erfolgenden Betrieb der Wandlereinrichtung in einem der beiden Ansteuermodi kann auch bei steigender oder fallender Dauer der Pulse des Modulationssignals der momentan angewandte Ansteuermodus beibehalten werden, bis der andere Ansteuermodus signifikant vorteilhafter wird und der Zwischenbereich für die Dauer des Vergleichspulses überschritten wird, in welchem beide Ansteuermodi im Wesentliche gleiche Verluste beim Schalten generieren.For operation of the converter device in one of the two control modes, the control mode currently used can be maintained even with increasing or decreasing duration of the pulses of the modulation signal until the other control mode becomes significantly more advantageous and the intermediate range is exceeded for the duration of the comparison pulse, in which both control modes generate essentially the same losses when switching.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Dauer des Vergleichspulses zwischen einer vorbestimmten Untergrenze und einer vorbestimmten Obergrenze beliebig variabel.According to a preferred embodiment of the method, the duration of the comparison pulse is arbitrarily variable between a predetermined lower limit and a predetermined upper limit.

In dem Zwischenbereich zwischen vorbestimmter Untergrenze und vorbestimmter Obergrenze können beide Ansteuermodi im Wesentliche gleiche Verluste beim Schalten generieren und der Wert der Dauer des Vergleichspulses innerhalb dieser beiden Grenzen kann beliebig variabel sein, wobei der Wert der Dauer des Vergleichspulses entscheidet, welcher der Ansteuermodi angewandt wird. Der Wert der Dauer des Vergleichspulses kann derart gewählt werden, dass dieser den Zwischenbereich für den anliegenden und momentan angewandten Ansteuermodus mit umfasst, beispielsweise für den ersten Ansteuermodus der Vergleichspuls bei steigender erster und/oder zweiter Pulsdauer der vorbestimmten Obergrenze entsprechen kann und für den zweiten Ansteuermodus der Vergleichspuls bei steigender erster und/oder zweiter Pulsdauer der vorbestimmten Untergrenze entsprechen kann. Die vorbestimmte Obergrenze und Untergrenze kann je nach elektronischen System und dessen Grundsignal bekannt und verschieden zu anderen sein.In the intermediate range between the predetermined lower limit and the predetermined upper limit, both control modes can generate essentially the same losses when switching, and the value of the duration of the comparison pulse within these two limits can be as desired, the value of the duration of the comparison pulse deciding which of the control modes is used. The value of the duration of the comparison pulse can be selected in such a way that it also includes the intermediate area for the current and currently used control mode, for example for the first one Control mode of the comparison pulse with increasing first and / or second pulse duration can correspond to the predetermined upper limit and for the second control mode the comparison pulse with increasing first and / or second pulse duration can correspond to the predetermined lower limit. The predetermined upper limit and lower limit can be known and different from others depending on the electronic system and its basic signal.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist zwischen der vorbestimmten Untergrenze und der vorbestimmten Obergrenze das Ansteuern mit dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus frei wählbar.According to a preferred embodiment of the method, the activation with the first activation mode and the second activation mode can be freely selected between the predetermined lower limit and the predetermined upper limit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens generiert das elektronische System einen sinusförmigen Resonanzstrom eines LC-Schwingkreises.According to a preferred embodiment of the method, the electronic system generates a sinusoidal resonance current of an LC resonant circuit.

Erfindungsgemäß umfasst die elektronische Energiewandlereinrichtung, welche an einem Eingang an ein elektronisches System angeschlossen ist, zumindest eine Schaltereinrichtung; und eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen Sollwert für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf am Eingang zu ermitteln und ein erstes Modulationssignal für einen Strom oder für eine Spannung zu erzeugen, welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen mit einer ersten Pulsdauer umfasst, und die zumindest eine Schaltereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal in einem ersten Ansteuermodus derart anzusteuern, dass zumindest ein Puls an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist oder in einem zweiten Ansteuermodus derart anzusteuern, dass zumindest ein Puls zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes, wenn die erste Pulsdauer größer der Dauer des Vergleichspulses ist.According to the invention, the electronic energy converter device, which is connected at one input to an electronic system, comprises at least one switch device; and a control device which is set up to determine a target value for a current and / or voltage profile at the input and to generate a first modulation signal for a current or for a voltage which comprises a first time sequence of pulses with a first pulse duration, and to control the at least one switch device with the first modulation signal in a first control mode in such a way that at least one pulse begins or ends at a local minimum of an absolute value of the target value if the first pulse duration is less than or equal to a duration of a comparison pulse or in a second control mode in this way to control that at least one pulse is time-centered at a local maximum of an absolute value of the target value if the first pulse duration is greater than the duration of the comparison pulse.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der elektronischen Energiewandlereinrichtung umfasst diese eine Mehrzahl von Schaltereinrichtungen in einer H-Brückenschaltung.According to a preferred embodiment of the electronic energy converter device, it comprises a plurality of switch devices in an H-bridge circuit.

Die Schaltereinrichtungen können somit vorteilhaft in einer Vollbrücke angeordnet sein und beispielsweise Transistoren umfassen, wobei die Steuereinrichtung mit jedem der Transistoren verbunden sein kann und das erste und/oder zweite Modulationssignal an diesen Transistoren, zumindest an manchen davon, anlegen kann.The switch devices can thus advantageously be arranged in a full bridge and comprise, for example, transistors, wherein the control device can be connected to each of the transistors and can apply the first and / or second modulation signal to these transistors, at least to some of them.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Relation zwischen einem ersten und einem zweiten Ansteuermodus gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 8 eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verfahrensschritten gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to an embodiment of the present invention;
  • 2nd a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention;
  • 3rd a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention;
  • 4th a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention;
  • 5 a relation between a first and a second control mode according to an embodiment of the present invention;
  • 6 a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention;
  • 7 a schematic block diagram of an electronic energy converter device according to an embodiment of the present invention; and
  • 8th is a schematic representation of a sequence of method steps according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to an embodiment of the present invention.

Gezeigt wird ein Signalverlauf eines Sollwertes Sol, welcher einem Strom- und/oder Spannungsverlauf Sol-I, Sol-U am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung entsprechen kann. Dieser Verlauf kann durch eine Steuereinrichtung ermittelt werden. Ein Schalten der Energiewandlereinrichtung erfolgt vorteilhaft mittels einer Folge von ersten Pulsen P1 mit einer ersten Pulsdauer Pt1, welche zu einem ersten Modulationssignals M1 für einen Strom oder für eine Spannung gehören und durch die Steuereinrichtung erzeugt wurden. Die 1c und 1d zeigen das Ansteuern von zumindest einer Schaltereinrichtung in der elektronischen Energiewandlereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal M1 durch die Steuereinrichtung in einem zweiten Ansteuermodus Ans2 derart, dass zumindest ein Puls P1 zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes Sol. Dies erfolgt für verschiedene Pulslängen und beispielsweise einem Schalten einer Vollbrücke. Die 1a - 1d zeigen lediglich das Ansteuern mit zentrierten Pulsen um ein Maximum. Für die 1c und 1d erfolgt das Schalten vorteilhaft ausreichend nahe am Nulldurchgang des Sollwertes, wobei nur geringe Schaltverluste auftreten können. Der Sollwert zeigt in der 1 beispielsweise einen resonanten Strom in einem LC-Schwingkreis. Die 1a und 1b zeigen jedoch ein Schalten in weiterer Entfernung (zeitlich) vom Nulldurchgang des Sollwertes, was hingegen zu höheren Schaltverlusten führen kann, als dies in den 1c und 1d der Fall ist. Auftretende Schaltverluste können näherungsweise linear mit Strom- und Spannungsänderungen an der zumindest einen Schaltereinrichtung sein. Bei großen Pulsweiten, also hohen Aussteuergraden, kann nahe dem Nulldurchgang geschalten werden und es können relativ zur Signalamplitude des Sollwerts kleine Schaltverluste entstehen, bei kleinen Aussteuergraden große Schaltverluste. Bei kleinen Aussteuerungen kann die Sinusamplitude etwas geringer sein, es kann dennoch die Schaltzeit nahe am Nulldurchgang zum geringeren Leistungsverlust überwiegen. Die 1a und 1b zeigen folglich ebenfalls ein Schalten mit um ein Maximum zentrierten Pulsen, allerdings ist deren erste Pulslänge geringer als die eines Vergleichspulses, und somit ergibt sich ein höherer Schaltverlust als in den 1c und 1d, welche im zweiten Ansteuermodus Ans2 eine längere Pulsweite aufweisen als ein Vergleichspuls. Der Vergleichspuls (hier für diesen Fall so zu wählen) würde im Falle der 1 einer Länge zwischen den ersten Pulsen der 1b und 1c aufweisen. Die 1a und 1b zeigen also ein Schaltschema nach einem Vergleichsbeispiel und die 1c und 1d nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.A signal curve of a setpoint is shown Sol , which can correspond to a current and / or voltage profile Sol-I, Sol-U at the input of the electronic energy converter device. This course can be determined by a control device. The energy converter device is advantageously switched by means of a sequence of first pulses P1 with a first pulse duration Pt1 which lead to a first modulation signal M1 belong for a current or for a voltage and were generated by the control device. The 1c and 1d show the activation of at least one switch device in the electronic energy converter device with the first modulation signal M1 by the control device in a second control mode Ans2 such that at least one pulse P1 is time-centered at a local maximum of an absolute value of the setpoint Sol . This is done for different pulse lengths and, for example, switching a full bridge. The 1a - 1d only show the driving with centered pulses around a maximum. For the 1c and 1d Switching advantageously takes place sufficiently close to the zero crossing of the setpoint, whereby only slight switching losses can occur. The setpoint shows in the 1 for example a resonant current in an LC resonant circuit. The 1a and 1b however, show switching at a greater distance (in time) from the zero crossing of the setpoint, which on the other hand can lead to higher switching losses than this in the 1c and 1d the case is. Switching losses that occur can be approximately linear with changes in current and voltage at the at least one switch device. With large pulse widths, i.e. high levels of modulation, switching can take place close to the zero crossing and small switching losses can occur relative to the signal amplitude of the setpoint, and large switching losses with small degrees of modulation. With small modulations, the sine amplitude can be slightly lower, but the switching time close to the zero crossing can outweigh the lower power loss. The 1a and 1b consequently also show switching with pulses centered around a maximum, but their first pulse length is less than that of a comparison pulse, and thus there is a higher switching loss than in FIGS 1c and 1d which in the second control mode Ans2 have a longer pulse width than a comparison pulse. The comparison pulse (so choose here for this case) would be in the case of 1 a length between the first pulses of 1b and 1c exhibit. The 1a and 1b So show a circuit diagram according to a comparative example and the 1c and 1d according to an embodiment of the present invention.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2nd shows a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention.

Die 2 zeigt in den 2a - 2d ein entsprechendes Signal für einen Sollwert Sol wie die 1, jedoch erfolgt nach der 2 ein anderes Schaltschema beispielsweise einer Vollbrücke der Energiewandlereinrichtung. Nach der 2 erfolgt stets ein Schalten nahe am Nulldurchgang, so dass beispielsweise ein erster Puls an einem Nulldurchgang des Sollwerts Sol endet und der nächste Puls am gleichen Nulldurchgang beginnt. Wenn sich die erste Pulslänge Pt1 von der 2a bis zur 2d verlängert, kann eine Pulsflanke jedes Pulses am Nulldurchgang fixiert bleiben, die andere Pulsflanke kann sich jedoch vom Nulldurchgang hin zum Maximum verschieben, was zu größeren Schaltverlusten führen kann, wenn diese Pulsflanke zu weit vom Nulldurchgang entfernt und zu nahe am Maximum verbleibt. Für kleine Pulsweiten Pt1 in den 2a und 2b ist die Verlustleistung beim Schalten ausreichend gering, diese Pulsweiten würden geringer einer Dauer eines Vergleichspulses sein (nicht gezeigt). In den 2c und 2d kann die zweite Flanke der Pulse schon zu weit vom Nulldurchgang entfernt sein und die Pulsweite wäre länger als der zu wählende Vergleichspuls. Für die 2c und 2d würde sich somit der zweite Ansteuermodus besser eignen, bei welchem die Pulse am Maximum zentriert sein könnten, so dass die Pulsflanken jeweils näher am Nulldurchgang erfolgen würden. Die 2a und 2b zeigen ein Schalten nach dem ersten Ansteuermodus Ans1 da der Vergleichspuls länger sein kann als die erste Pulsweite Pt1. Die 2a und 2b zeigen also ein Schalten nach einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und die Figuren ein Vergleichsbeispiel mit gleichem Schaltschema wie die 2a und 2b jedoch mit Pulsweiten oberhalb des Vergleichspulses. Erfindungsgemäß würde für die 2c und 2d vom ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus gewechselt werden und den 1c und 1d entsprechen. Es können somit die absoluten Schaltverluste bei kleiner und mittlerer Leistung nach den 2a und 2b verringert werden, wenn gegenüber den 1a und 1b der erste Ansteuermodus Ans1 gewählt wird, wodurch weiterhin ein guter Teillastwirkungsgrad (bei kleiner und mittlerer Leistung nach den 2a und 2b) erfüllt werden kann. Durch eine einfache Veränderung des Schaltschemas kann auf zusätzliche kostenerzeugende Komponenten verzichtet werden. Im Zwischenbereich können beide Ansteuermodi, etwa der 1b und 2c, die gleiche Verlustleistung aufweisen und frei gewählt werden. Ein Maß für die übertragene Leistung kann die Fläche unter dem Sollwert sein, was sich für die 1b und 2c näherungsweise decken kann.The 2nd shows in the 2a - 2d a corresponding signal for a setpoint Sol as the 1 , but takes place after the 2nd another circuit diagram, for example a full bridge of the energy converter device. After 2nd there is always a switch close to the zero crossing, so that, for example, a first pulse at a zero crossing of the setpoint Sol ends and the next pulse begins at the same zero crossing. If the first pulse length Pt1 of the 2a to 2d extended, one pulse edge of each pulse can remain fixed at the zero crossing, but the other pulse edge can shift from the zero crossing to the maximum, which can lead to greater switching losses if this pulse edge remains too far from the zero crossing and remains too close to the maximum. For small pulse widths Pt1 in the 2a and 2 B If the power loss when switching is sufficiently low, these pulse widths would be shorter than the duration of a comparison pulse (not shown). In the 2c and 2d the second edge of the pulses may already be too far from the zero crossing and the pulse width would be longer than the comparison pulse to be selected. For the 2c and 2d the second control mode would thus be more suitable, in which the pulses could be centered at the maximum, so that the pulse edges would each occur closer to the zero crossing. The 2a and 2 B show switching after the first control mode Ans1 since the comparison pulse can be longer than the first pulse width Pt1 . The 2a and 2 B thus show a switching according to an embodiment of the present invention, and the figures show a comparative example with the same circuit diagram as that 2a and 2 B however with pulse widths above the comparison pulse. According to the invention would for 2c and 2d from the first control mode to the second control mode and the 1c and 1d correspond. The absolute switching losses with small and medium power can therefore be determined according to the 2a and 2 B be reduced when compared to the 1a and 1b the first control mode Ans1 is selected, whereby a good partial load efficiency (with small and medium power according to the 2a and 2 B) can be fulfilled. By simply changing the circuit diagram, additional cost-generating components can be dispensed with. Both control modes, such as the 1b and 2c which have the same power loss and are freely chosen. A measure of the transmitted power can be the area below the setpoint, which is for the 1b and 2c can approximately cover.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3rd shows a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention.

Die 3 zeigt ein entsprechendes Signal für einen Sollwert Sol wie die 1, jedoch kann eine andere Art der Ansteuerung der Schaltereinrichtung(en) erfolgen. Der Sinus des Sollwerts kann eine positive und negative Halbwelle aufweisen, wobei die Steuereinrichtung nur zu positiven oder negativen Sollwerten schalten kann, wie in den 3a und 3b gezeigt. Je nach Dauer eines Vergleichspulses kann ein Schalten nach einem ersten Ansteuermodus Ans1 (3a) oder nach dem zweiten Ansteuermodus Ans2 (3b) erfolgen. In der 3a kann eine Aussteuerung (Pulslänge relativ zur Signallänge der Halbwelle) beispielsweise zwischen 0 und 25 % liegen und somit kürzer sein als die Dauer eines entsprechend gewählten Vergleichspulses, was den ersten Ansteuermodus Ans1 bedingen kann. Das Modulationssignal M1 kann hierbei auch derart variiert werden, dass zu Beginn einer Halbwelle einer der Pulse am Nulldurchgang beginnen kann und der nachfolgende Puls am Nulldurchgang der gleichen Halbwelle enden kann. Die Pulse können somit in eine Halbwelle hinein verschoben sein. In der 3b kann eine Aussteuerung beispielsweise zwischen 25 % und 50 % liegen und somit länger sein als die Dauer eines Vergleichspulses, was den zweiten Ansteuermodus Ans2 bedingen kann.The 3rd shows a corresponding signal for a setpoint Sol as the 1 , however can another type of control of the switch device (s) take place. The sine of the setpoint can have a positive and negative half-wave, the control device being able to switch only to positive or negative setpoints, as in FIGS 3a and 3b shown. Depending on the duration of a comparison pulse, switching can take place after a first control mode Ans1 ( 3a) or after the second control mode Ans2 ( 3b) respectively. In the 3a A modulation (pulse length relative to the signal length of the half-wave) can, for example, be between 0 and 25% and thus be shorter than the duration of a correspondingly selected comparison pulse, which is the first control mode Ans1 can cause. The modulation signal M1 can also be varied such that at the beginning of a half-wave one of the pulses can start at the zero crossing and the subsequent pulse can end at the zero crossing of the same half-wave. The pulses can thus be shifted into a half wave. In the 3b For example, a modulation can be between 25% and 50% and therefore longer than the duration of a comparison pulse, which is the second control mode Ans2 can cause.

Alternativ dazu kann auch ein zweites Modulationssignal M2 erzeugt werden, und zwischen die Pulse des ersten Modulationssignals M1 gemischt werden, etwa einzeln oder als Abfolge von Sequenzen erster und zweiter Pulse P1 und P2. So kann etwa im Falle der 3c, wobei beide Halbwellen berücksichtigt werden können, für die positive Halbwelle das erste Modulationssignal mit zwei ersten Pulsen P1 gemäß der 3a an der Schaltereinrichtung(en) angelegt werden und dazwischen für die negative Halbwelle das zweite Moduationssignal M2. Nach der 3c können sich die erste Pulsdauer Pt1 und die zweite Pulsdauer Pt2 deutlich unterscheiden, und somit für einen Vergleichspuls, welcher für beide Halbwellen und das gesamte Signal des Sollwertes gleich sein kann, unterschiedliche Ansteuermodi bedingen. Mit anderen Worten kann in der 3c das erste Modulationssignal M1 im ersten Ansteuermodus Ans1 erfolgen und das zweite Modulationssignal M2 im zweiten Ansteuermodus Ans2. Die Pulsdauern und Kombinationen der Modulationssignale und Abhängigkeiten vom Vergleichspuls können jedoch auch anders gewählt werden und vorteilhaft einen anderen Aussteuergrad bestimmen. Die Ansteuerung in der 3c kann eine Aussteuerung von 50 % bis 75 % erzielen. Die ersten und zweiten Pulse P1 und P2 können direkt aneinander anschließen.Alternatively, a second modulation signal can also be used M2 are generated, and between the pulses of the first modulation signal M1 are mixed, for example individually or as a sequence of sequences of first and second pulses P1 and P2 . For example, in the case of 3c , whereby both half-waves can be taken into account, for the positive half-wave the first modulation signal with two first pulses P1 according to the 3a are applied to the switch device (s) and in between the second modulation signal for the negative half-wave M2 . After 3c can get the first pulse duration Pt1 and the second pulse duration Pt2 distinguish clearly, and thus require different control modes for a comparison pulse, which can be the same for both half-waves and the entire signal of the setpoint. In other words, in the 3c the first modulation signal M1 in the first control mode Ans1 take place and the second modulation signal M2 in the second control mode Ans2 . The pulse durations and combinations of the modulation signals and dependencies on the comparison pulse can, however, also be selected differently and advantageously determine a different degree of modulation. The control in the 3c can achieve a level of 50% to 75%. The first and second pulses P1 and P2 can connect directly to each other.

Eine alternative Kombination der beiden Modulationssignale und andere Pulsdauern Pt1 und Pt2 sind beispielhaft in der 3d gezeigt. Hierbei können die ersten und zweiten Pulse P1 und P2 zeitlich auch versetzt zueinander erfolgen und beide im gleichen zweiten Ansteuermodus Ans2, wodurch einen noch höhere Aussteuerung von 75 % bis 100 % erzielt werden kann. Durch eine derartige Kombination von Schaltschemata können die Schaltverluste bei höherer Aussteuerung weiter reduziert werden.An alternative combination of the two modulation signals and other pulse durations Pt1 and Pt2 are exemplary in the 3d shown. Here, the first and second pulses P1 and P2 temporally offset from each other and both in the same second control mode Ans2 , whereby an even higher modulation of 75% to 100% can be achieved. Through such a combination of switching schemes, the switching losses can be further reduced with higher modulation.

Die absoluten Schaltverluste in Abhängigkeit der Übertragungsleistung können beim ersten Ansteuermodus Ans1 für niedrige Leistungen, also Pulsdauern unter der Dauer eines Vergleichspulses, welcher entsprechend zu wählen ist, damit die Ansteuermodi vorteilhaft umschalten, deutlich geringer sein als die Schaltverluste des zweiten Ansteuermodus Ans2 bei solchen Leistungen. Für hohe Leistungen kann jedoch der zweite Ansteuermodus Ans2 geringere Verlustleistungen aufweisen.The absolute switching losses depending on the transmission power can occur in the first control mode Ans1 for low powers, i.e. pulse durations below the duration of a comparison pulse, which must be selected accordingly so that the control modes switch advantageously, be significantly less than the switching losses of the second control mode Ans2 with such services. However, the second control mode can be used for high outputs Ans2 have lower power losses.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4th shows a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention.

Die 4 zeigt eine weitere Kombination einer Abfolge von ersten Pulsen P1 und zweiten Pulsen P2, ähnlich der 3c und 3d, wobei allerdings die ersten und zweiten Pulse P1 und P2 auch zwischen der positiven und negativen Halbwelle wechseln können. So kann einem zweiten Puls P2 des zweiten Modulationssignals M2 auf negativer Halbwelle unmittelbar ein gleicher zweiter Puls auf positiver Halbwelle folgen und diesem ein erster Puls P1 des ersten Modulationssignals M1 auf negativer Halbwelle folgen und/oder beiden zweiten Pulsen auf positiver Seite vorausgehen. Es kann somit zur weiteren Reduzierung oder Anpassung der gewünschten Aussteuerung zwischendurch das Modulationssignal gewechselt werden oder alternieren. Die Aussteuerung der 4 kann ebenfalls 75 % bis 100 % betragen.The 4th shows another combination of a sequence of first pulses P1 and second pulses P2 , similar to the 3c and 3d , but with the first and second pulses P1 and P2 can also switch between the positive and negative half-wave. So a second pulse P2 of the second modulation signal M2 on the negative half-wave immediately follow an identical second pulse on the positive half-wave and this a first pulse P1 of the first modulation signal M1 follow on a negative half wave and / or precede both second pulses on the positive side. The modulation signal can thus be changed or alternated in between to further reduce or adapt the desired modulation. The control of the 4th can also be 75% to 100%.

5 zeigt eine Relation zwischen einem ersten und einem zweiten Ansteuermodus gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5 shows a relation between a first and a second control mode according to an embodiment of the present invention.

Zur Übertragung einer bestimmten Leistung kann für den ersten Ansteuermodus Ans1 und den zweiten Ansteuermodus Ans2 ein, etwa beim Sollwert aus den 1 bis 4 bezüglich dem Sinuswinkel, unterschiedlich großer Aussteuergrad erforderlich sein. For the transmission of a certain power can be used for the first control mode Ans1 and the second control mode Ans2 on, for example at the setpoint from the 1 to 4th with respect to the sine angle, different degrees of modulation may be required.

Eine Aussteuerzeitdauer oder mit anderen Worten eine Ansteuerzeitdauer kann vorteilhaft jener Zeit entsprechen, die nötig ist um einen gewünschten Aussteuergrad zu erreichen, und hängt vom Ansteuerverfahren und vom tatsächlichen Signalverlauf (inkl. Oberwellen und Rückkopplungseffekten) ab. Der Aussteuergrad kann beschreiben, welcher Anteil der möglichen aus dem Signal abziehbaren Leistung zwischen 0 und 100 % angezogen werden kann.An actuation time period or in other words an actuation time period can advantageously correspond to the time required to achieve a desired degree of actuation and depends on the actuation method and on the actual signal curve (including harmonics and feedback effects). The modulation level can describe the proportion of the possible power that can be drawn from the signal between 0 and 100%.

Für die gleiche Leistung können beim ersten Ansteuermodus Ans1 größere Aussteuergrade erforderlich sein. Diese Effekte können beim hin- und herschalten zwischen den beiden Ansteuermodi dadurch berücksichtigt werden, dass eine Umrechnungsvorschrift zwischen Aussteuergrad vor dem Umschalten zu Aussteuergrad nach dem Umschalten angewendet werden kann. Eine solche Umrechnungsvorschrift ist beispielsweise in der 5 gezeigt, wobei eine Aussteuerzeitdauer AUS relativ zum Aussteuergrad AP gezeigt ist. Die Umrechnung kann anwendungsabhängig sein. Die Kennlinien der Aussteuerzeitdauer für beide Ansteuermodi können für ein bekanntes System ermittelt und vorteilhaft tabellarisch abgelegt werden. Zum Umschalten kann beispielsweise entsprechend der 5 aus der aktuellen Aussteuerzeitdauer AUS der aktuelle Aussteuergrad AP ermittelt werden und aus diesem der korrespondierende Aussteuergrad für den anderen Ansteuermodus. Die Umschaltung vom ersten Ansteuermodus Ans1 zum zweiten Ansteuermodus Ans2 kann nach der 5 beispielsweise etwa beim 2/3 der Aussteuerzeitdauer, relativ zum Sollsignal, erfolgen. Die Umschaltung vom zweiten Ansteuermodus Ans2 zum ersten Ansteuermodus Ans1 bei etwa 1/3 der Aussteuerzeitdauer, relativ zum Sollsignal. Um ein ständiges Wechseln der Ansteuermodi zu verhindern kann vorteilhafterweise eine Umschalthysterese (Unterschiede in AP und AUS beim Pfeilverlauf in der 5) verwendet werden. Hierbei kann bis zum Erreichen einer vorbestimmten Obergrenze oder Untergrenze eines Zwischenbereichs der Werte für eine Dauer des Vergleichspulses über den Zwischenbereich hinweg der derzeit anliegende Ansteuermodus beibehalten werden, bis dieser deutlich höhere Schaltverluste liefert wenn die Aussteuerung weiter steigt oder sinkt. Die Ermittlung und Ablage der korrespondierenden Aussteuerzeitdauern kann auch nur in demjenigen Bereich der Austeuergrade erforderlich sein, in dem auch eine Umschaltung der Ansteuermodi auftreten kann. For the same performance you can use the first control mode Ans1 higher levels of control may be required. These effects can be taken into account when switching back and forth between the two control modes in that a conversion rule between the degree of modulation before switching to the degree of modulation after switching can be applied. Such a conversion rule is for example in the 5 is shown, wherein a modulation time period AUS is shown relative to the modulation level AP. The conversion can be application-dependent. The characteristic curves of the modulation period for both control modes can be determined for a known system and advantageously stored in a table. To switch over, for example, the 5 the current modulation degree AP can be determined from the current modulation time period AUS and from this the corresponding modulation degree for the other actuation mode. Switching from the first control mode Ans1 to the second control mode Ans2 can after the 5 for example, about 2/3 of the modulation period, relative to the target signal. Switching from the second control mode Ans2 to the first control mode Ans1 at about 1/3 of the modulation period, relative to the target signal. In order to prevent the control modes from constantly changing, a switching hysteresis (differences in AP and OFF in the course of the arrow in the 5 ) be used. In this case, until a predetermined upper limit or lower limit of an intermediate range of values is reached for a duration of the comparison pulse over the intermediate range, the currently active control mode can be maintained until it delivers significantly higher switching losses if the modulation increases or decreases further. The determination and storage of the corresponding modulation time periods may also only be necessary in the range of the modulation levels in which a switching of the control modes can also occur.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs an einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 6 shows a schematic representation of a switching process on an electronic energy converter device according to a further embodiment of the present invention.

Die 6 zeigt in den 6a1, 6b1, 6c1 und 6d1 ein Schaltschema nach dem zweiten Ansteuermodus Ans2 und in den 6a2, 6b2, 6c2 und 6d2 ein Schaltschema nach dem ersten Ansteuermodus Ans1 für unterschiedliche Aussteuergrade und an Signalverläufen eines Istwertes Ist zum Sollwert der 1 bis 4. Um den genauen Schaltzeitpunkt vorteilhaft zu ermitteln kann die Steuereinrichtung den Istwert filtern, um beispielsweise Oberwellen oder Rückkopplungen herauszufiltern und den Sollwert-Verlauf zu erhalten und beispielsweise die Position des Maximums oder der Minima oder Nulldurchgänge zu bestimmen. Oberwellen und Rückkopplungen können sich dadurch im Istwert bemerkbar machen, dass der Schaltvorgang selbst den Signalverlauf des Istwertes versetzen kann, etwa in der 6a1 verschiebt der Schaltpuls die Istwert-Kurve bei deren Maximum. Die Schaltvorgänge können nicht ideal bei Maxima oder Minima des Istwertes erfolgen, jedoch nach dem Filtern vorteilhaft zutreffend an den zugehörigen Maxima und Minima oder Nulldurchgängen des Sollwertes wie in den 1 bis 4 gezeigt.The 6 shows in the 6a1 , 6b1 , 6c1 and 6d1 a circuit diagram after the second control mode Ans2 and in the 6a2 , 6b2 , 6c2 and 6d2 a circuit diagram after the first control mode Ans1 for different levels of modulation and on signal curves of an actual value actual to the setpoint 1 to 4th . In order to advantageously determine the exact switching point in time, the control device can filter the actual value in order, for example, to filter out harmonics or feedback and to obtain the setpoint curve and, for example, to determine the position of the maximum or the minimum or zero crossings. Harmonics and feedback can be noticeable in the actual value by the fact that the switching process itself can shift the signal curve of the actual value, for example in the 6a1 the switching pulse shifts the actual value curve at its maximum. The switching operations cannot ideally take place at maxima or minima of the actual value, but after filtering advantageously apply to the associated maxima and minima or zero crossings of the setpoint as in the 1 to 4th shown.

Der zweite Ansteuermodus Ans2 kann beispielsweise zwei Schaltvorgänge pro Halbwellenperiode aufweisen und der erste Ansteuermodus Ans1 beispielsweise drei (Pfeildarstellung). Bei kleiner (6a1, 6a2), mittlerer (6b1, 6b2, 6c1, 6c2), oder hoher Leistung (6d1, 6d2) kann die Summe der zur Stromstärke näherungsweise proportionalen Schaltverluste im ersten Ansteuermodus Ans1 kleiner (für kleine Leistungen), gleich (für mittlere Leistungen), oder höher (für hohe Leistungen) als beim zweiten Ansteuermodus Ans2 sein.The second control mode Ans2 can have, for example, two switching processes per half-wave period and the first control mode Ans1 for example three (arrow display). With smaller ( 6a1 , 6a2 ), middle ( 6b1 , 6b2 , 6c1 , 6c2 ), or high performance ( 6d1 , 6d2 ) can be the sum of the switching losses approximately proportional to the current strength in the first control mode Ans1 less (for low power), equal (for medium power), or higher (for high power) than in the second control mode Ans2 be.

Bei höheren Aussteuergraden wie etwa in 6d2 können die Schaltverluste des ersten Ansteuermodus Ans1 ungünstiger sein, da der zweite und dritte Schaltvorgang nicht mehr bei minimalen Pegeln oder Nulldurchgängen stattfinden muss. Der erste Ansteuermodus Ans1 kann dann noch dahingehend verändert werden, dass die prinzipiell in der Mitte einer Halbwelle stattfindende Ansteuerpause nach später verschoben werden kann. Wenn die Pause später stattfindet kann der Stromabbau in der Pause durch den Resonanzkreis schneller stattfinden. Damit kann auch der zweite und dritte Schaltvorgang bei kleineren Amplituden erfolgen. Die Pfeildarstellungen symbolisieren die schaltverlustrelevanten Stromstärken bei den Schaltvorgängen. Die Summe der Pfeillängen in einer Figur kann ein Maß für die gesamten Schaltverluste des Schaltschemas sein.At higher levels of control such as in 6d2 can the switching losses of the first control mode Ans1 be less favorable since the second and third switching processes no longer have to take place at minimum levels or zero crossings. The first control mode Ans1 can then be changed so that the control pause, which generally takes place in the middle of a half-wave, can be postponed later. If the pause takes place later, the current breakdown can take place more quickly in the pause through the resonance circuit. This means that the second and third switching operations can also be carried out with smaller amplitudes. The arrow representations symbolize the switching losses relevant current levels during the switching processes. The sum of the arrow lengths in a figure can be a measure of the total switching losses of the circuit diagram.

7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Energiewandlereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 7 shows a schematic block diagram of an electronic energy converter device according to an embodiment of the present invention.

Eine elektronische Energiewandlereinrichtung 1, welche an einem Eingang an ein elektronisches System 10 angeschlossen ist, umfasst zumindest eine Schaltereinrichtung 3; einer Steuereinrichtung SE, welche dazu eingerichtet ist, einen Sollwert für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf am Eingang zu ermitteln und ein erstes Modulationssignals für einen Strom oder für eine Spannung zu erzeugen.An electronic energy converter device 1 which at an input to an electronic system 10th is connected comprises at least one switch device 3rd ; a control device SE , which is set up to determine a target value for a current and / or voltage curve at the input and to generate a first modulation signal for a current or for a voltage.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verfahrensschritten gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 8th shows a schematic representation of a sequence of method steps according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung, welche an einem Eingang an ein elektronisches System angeschlossen ist, erfolgt ein Ermitteln S1 eines Sollwertes für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung durch eine Steuereinrichtung, wobei der Sollwert einem Grundsignal des elektronischen Systems entspricht; ein Erzeugen S2 eines ersten Modulationssignals für einen Strom oder für eine Spannung durch die Steuereinrichtung, welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen mit einer ersten Pulsdauer umfasst; und Ansteuern S3a von zumindest einer Schaltereinrichtung in der elektronischen Energiewandlereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal durch die Steuereinrichtung in einem ersten Ansteuermodus derart, dass zumindest ein Puls an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist, oder Ansteuern S3b von zumindest einer Schaltereinrichtung in der elektronischen Energiewandlereinrichtung mit dem ersten Modulationssignal durch die Steuereinrichtung in einem zweiten Ansteuermodus derart, dass zumindest ein Puls zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes, wenn die erste Pulsdauer größer der Dauer des Vergleichspulses ist. The method for operating an electronic energy converter device which is connected to an input of an electronic system is determined S1 a setpoint for a current and / or voltage curve at the input of the electronic energy converter device by a control device, the setpoint corresponding to a basic signal of the electronic system; a generating S2 a first modulation signal for a current or for a voltage by the control device, which comprises a first time sequence of pulses with a first pulse duration; and control S3a at least one switch device in the electronic energy converter device with the first modulation signal by the control device in a first control mode in such a way that at least one pulse begins or ends at a local minimum of an absolute value of the desired value if the first pulse duration is less than or equal to a duration of a comparison pulse, or control S3b of at least one switch device in the electronic energy converter device with the first modulation signal by the control device in a second control mode such that at least one pulse is time-centered at a local maximum of an absolute value of the target value if the first pulse duration is greater than the duration of the comparison pulse.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been completely described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in a variety of ways.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014218798 A1 [0003]DE 102014218798 A1 [0003]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Energiewandlereinrichtung (1), welche an einem Eingang an ein elektronisches System (10) angeschlossen ist, umfassend die Schritte: - Ermitteln (S1) eines Sollwertes (Sol) für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) durch eine Steuereinrichtung (SE), wobei der Sollwert (Sol) einem Grundsignal des elektronischen Systems (10) entspricht; - Erzeugen (S2) eines ersten Modulationssignals (M1) für einen Strom oder für eine Spannung durch die Steuereinrichtung (SE), welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen (P1) mit einer ersten Pulsdauer (Pt1) umfasst; und - Ansteuern (S3a) von zumindest einer Schaltereinrichtung (3) in der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) mit dem ersten Modulationssignal (M1) durch die Steuereinrichtung (SE) in einem ersten Ansteuermodus (Ans1) derart, dass zumindest ein Puls (P1) an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol) beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer (Pt1) kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist, oder Ansteuern (S3b) von zumindest einer Schaltereinrichtung (3) in der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) mit dem ersten Modulationssignal (M1) durch die Steuereinrichtung (SE) in einem zweiten Ansteuermodus (Ans2) derart, dass zumindest ein Puls (P1) zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol), wenn die erste Pulsdauer (Pt1) größer der Dauer des Vergleichspulses ist.Method for operating an electronic energy converter device (1) which is connected at one input to an electronic system (10), comprising the steps: - Determining (S1) a setpoint (Sol) for a current and / or voltage profile (Sol-I, Sol-U) at the input of the electronic energy converter device (1) by a control device (SE), the setpoint (Sol) being a basic signal corresponds to the electronic system (10); - Generating (S2) a first modulation signal (M1) for a current or for a voltage by the control device (SE), which comprises a first time sequence of pulses (P1) with a first pulse duration (Pt1); and - Controlling (S3a) at least one switch device (3) in the electronic energy converter device (1) with the first modulation signal (M1) by the control device (SE) in a first control mode (Ans1) such that at least one pulse (P1) on one local minimum of an absolute value of the target value (Sol) begins or ends when the first pulse duration (Pt1) is less than or equal to a duration of a comparison pulse, or Controlling (S3b) at least one switch device (3) in the electronic energy converter device (1) with the first modulation signal (M1) by the control device (SE) in a second control mode (Ans2) such that at least one pulse (P1) is centered in time at a local maximum of an absolute value of the setpoint (Sol) if the first pulse duration (Pt1) is greater than the duration of the comparison pulse. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Sollwert (Sol) aus einem am Eingang der elektronischen Energiewandlereinrichtung (1) gemessenen Istwert (Ist) von der Steuereinrichtung (SE) ermittelt wird, wobei Signalkomponenten von Oberwellen und/oder Rückkopplungen aus dem Istwert (Ist) herausgefiltert werden.Procedure according to Claim 1 , at which the setpoint (sol) is determined from an actual value (actual) measured at the input of the electronic energy converter device (1) by the control device (SE), signal components of harmonics and / or feedback being filtered out of the actual value (actual). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Sollwert (Sol) für den Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) periodisch ist.Procedure according to Claim 1 or 2nd , at which the setpoint (Sol) for the current and / or voltage curve (Sol-I, Sol-U) is periodic. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein zweites Modulationssignal (M2) in der Steuereinrichtung (SE) erzeugt wird, welches eine zweite zeitliche Abfolge von Pulsen (P2) mit einer zweiten Pulsdauer (Pt2) umfasst, und wobei die zumindest eine Schaltereinrichtung (3) alternierend oder gemischt mit dem ersten Modulationssignal (M1) und mit dem zweiten Modulationssignal (M2) im ersten oder zweiten Ansteuermodus (Ans1; Ans2) angesteuert wird, wobei im ersten Ansteuermodus (Ans1) zumindest ein Puls (P2) an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol) beginnt oder endet, wenn die zweite Pulsdauer (Pt2) kleiner oder gleich der Dauer des Vergleichspulses ist, oder im zweiten Ansteuermodus (Ans2) zumindest ein Puls (P2) zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol), wenn die zweite Pulsdauer (Pt2) größer der Dauer des Vergleichspulses ist.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , in which a second modulation signal (M2) is generated in the control device (SE), which comprises a second time sequence of pulses (P2) with a second pulse duration (Pt2), and wherein the at least one switch device (3) alternately or mixed with the first modulation signal (M1) and with the second modulation signal (M2) in the first or second control mode (Ans1; Ans2), wherein in the first control mode (Ans1) at least one pulse (P2) at a local minimum of an absolute value of the setpoint (sol ) begins or ends when the second pulse duration (Pt2) is less than or equal to the duration of the comparison pulse, or in the second control mode (Ans2) at least one pulse (P2) is time-centered at a local maximum of an absolute value of the setpoint (Sol), if the second pulse duration (Pt2) is greater than the duration of the comparison pulse. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Dauer des Vergleichspulses einem Drittel, der Hälfte oder zwei Dritteln einer Dauer des Sollwertes (Sol) für den Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) oder einer Periode des Sollwertes (Sol) für den Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) entspricht.Procedure according to one of the Claims 1 to 4th , in which the duration of the comparison pulse is one third, half or two thirds of a duration of the setpoint (Sol) for the current and / or voltage curve (Sol-I, Sol-U) or a period of the setpoint (Sol) for the current - and / or voltage curve (Sol-I, Sol-U) corresponds. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der erste Ansteuermodus (Ans1) beibehalten wird, bis bei steigender erster oder zweiter Pulsdauer (Pt1; Pt2) die Dauer des Vergleichspulses überschritten wird.Procedure according to Claim 5 , in which the first control mode (Ans1) is maintained until the duration of the comparison pulse is exceeded with increasing first or second pulse duration (Pt1; Pt2). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem der zweite Ansteuermodus (Ans2) beibehalten wird, bis bei sinkender erster oder zweiter Pulsdauer (Pt1; Pt2) die Dauer des Vergleichspulses erreicht oder unterschritten wird.Procedure according to Claim 5 or 6 , in which the second control mode (Ans2) is maintained until the duration of the comparison pulse is reached or fallen below when the first or second pulse duration (Pt1; Pt2) decreases. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Dauer des Vergleichspulses zwischen einer vorbestimmten Untergrenze und einer vorbestimmten Obergrenze beliebig variabel ist.Procedure according to one of the Claims 1 to 7 , in which the duration of the comparison pulse between a predetermined lower limit and a predetermined upper limit is arbitrarily variable. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem zwischen der vorbestimmten Untergrenze und der vorbestimmten Obergrenze das Ansteuern mit dem ersten Ansteuermodus (Ans1) und dem zweiten Ansteuermodus (Ans2) frei wählbar ist.Procedure according to Claim 8 , at which the control with the first control mode (Ans1) and the second control mode (Ans2) can be freely selected between the predetermined lower limit and the predetermined upper limit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das elektronische System (10) einen sinusförmigen Resonanzstrom eines LC-Schwingkreises generiert.Procedure according to one of the Claims 1 to 9 , in which the electronic system (10) generates a sinusoidal resonance current of an LC resonant circuit. Elektronische Energiewandlereinrichtung (1), welche an einem Eingang an ein elektronisches System (10) angeschlossen ist, mit - zumindest einer Schaltereinrichtung (3); - einer Steuereinrichtung (SE), welche dazu eingerichtet ist, einen Sollwert (Sol) für einen Strom- und/oder Spannungsverlauf (Sol-I, Sol-U) am Eingang zu ermitteln und ein erstes Modulationssignals (M1) für einen Strom oder für eine Spannung zu erzeugen, welches eine erste zeitliche Abfolge von Pulsen (P1) mit einer ersten Pulsdauer (Pt1) umfasst, und die zumindest eine Schaltereinrichtung (3) mit dem ersten Modulationssignal (M1) in einem ersten Ansteuermodus (Ans1) derart anzusteuern, dass zumindest ein Puls (P1) an einem lokalen Minimum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol) beginnt oder endet, wenn die erste Pulsdauer (Pt1) kleiner oder gleich einer Dauer eines Vergleichspulses ist oder in einem zweiten Ansteuermodus (Ans2) derart anzusteuern, dass zumindest ein Puls (P1) zeitlich zentriert ist an einem lokalen Maximum eines Absolutwertes des Sollwertes (Sol), wenn die erste Pulsdauer (Pt1) größer der Dauer des Vergleichspulses ist.Electronic energy converter device (1) which is connected at one input to an electronic system (10) with - at least one switch device (3); - A control device (SE), which is set up to determine a setpoint (Sol) for a current and / or voltage profile (Sol-I, Sol-U) at the input and a first modulation signal (M1) for a current or for generate a voltage which comprises a first time sequence of pulses (P1) with a first pulse duration (Pt1), and to control the at least one switch device (3) with the first modulation signal (M1) in a first control mode (Ans1) such that at least one pulse (P1) at a local minimum of an absolute value of the target value (Sol) begins or ends when the first pulse duration (Pt1) is less than or equal to one Duration of a comparison pulse is to be controlled or in a second control mode (Ans2) such that at least one pulse (P1) is temporally centered at a local maximum of an absolute value of the setpoint (Sol) if the first pulse duration (Pt1) is greater than the duration of the comparison pulse . Elektronische Energiewandlereinrichtung (1) nach Anspruch 11, welche eine Mehrzahl von Schaltereinrichtungen (3) in einer H-Brückenschaltung umfasst.Electronic energy converter device (1) according to Claim 11 which comprises a plurality of switch devices (3) in an H-bridge circuit.
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